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遠(yuǎn)距離穿針裝備研發(fā)成功 突破煤層氣鉆井技術(shù)瓶頸
2012-05-25
在地下幾百米深的煤層中，如同針穿線般精準(zhǔn)，使相距200米甚至1公里的鉆井在煤層中準(zhǔn)確連通……由中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院自主研發(fā)的120毫米DRMTS－I型遠(yuǎn)距離穿針裝備，突破了國(guó)內(nèi)煤層氣鉆井技術(shù)的瓶頸，使我國(guó)低滲煤層氣的大規(guī)模低成本開采成為可能。
打破國(guó)外技術(shù)壟斷
“這一技術(shù)打破了國(guó)外在煤層氣水平井鉆井核心技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，為我國(guó)煤層氣的高效開發(fā)提供了技術(shù)裝備的有力支撐?！便@井工程技術(shù)研究院副院長(zhǎng)鄒來方說。
煤層氣又稱煤層甲烷，俗稱瓦斯，是一種非常規(guī)天然氣資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)埋深2000米以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.81萬(wàn)億方，與陸上常規(guī)天然氣資源總量相當(dāng)。使深埋于地下的煤層氣資源得以利用，對(duì)于滿足我國(guó)不斷增長(zhǎng)的能源需求、改善煤礦安全生產(chǎn)，改善大氣環(huán)境都具有重要意義。
目前我國(guó)煤層氣商業(yè)化開發(fā)還處在起步階段。2011年我國(guó)煤層氣地面開發(fā)產(chǎn)量達(dá)23億方，而根據(jù)國(guó)家煤層氣開發(fā)利用規(guī)劃，“十二五”末期我國(guó)地面開采煤層氣將達(dá)160億方。
現(xiàn)階段我國(guó)煤層氣開發(fā)中，直井占主導(dǎo)地位。由于我國(guó)煤層具有“低壓、低滲、低飽和度”特性，從提高采收率和經(jīng)濟(jì)效益考慮，未來開發(fā)將形成以水平井為主、直井為輔的模式。水平井日產(chǎn)氣量約為直井的6至10倍。
學(xué)科帶頭人、鉆井工程技術(shù)研究院煤層氣與儲(chǔ)庫(kù)工程研究所所長(zhǎng)申瑞臣說，目前煤層氣水平井開發(fā)必須由一對(duì)連通井組完成：水平井控制較大采氣面積，直井用來下入螺桿泵、有桿泵等設(shè)備排水采氣，如果是多分支水平井，兩井相距200米，如果是U形水平井，兩井相距甚至超出1公里。為滿足開采需要，必須使兩井在數(shù)百米的地下像“穿針”一樣精確連通。
過去我國(guó)主要依靠進(jìn)口國(guó)外設(shè)備提供技術(shù)服務(wù)，不僅價(jià)格昂貴、交貨期和維修周期長(zhǎng)，還要收取單井5萬(wàn)元的專利費(fèi)?！耙蕾噰?guó)外技術(shù)，不僅使開采成本大幅提高，更使我國(guó)煤層氣開發(fā)受制于人，極大限制了煤層氣的開發(fā)利用。”申瑞臣說。
伴著汗水的艱苦攻關(guān)
為適應(yīng)國(guó)內(nèi)煤層氣規(guī)?；?、商業(yè)化開采的需要，國(guó)家特設(shè)重大專項(xiàng)攻關(guān)，遠(yuǎn)距離穿針技術(shù)和裝備作為重要任務(wù)，由中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院牽頭完成。
遠(yuǎn)距離穿針技術(shù)實(shí)質(zhì)是在直井中下入探管，在水平井鉆頭處安裝一磁信號(hào)發(fā)射裝置。探管實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)專用軟件處理后計(jì)算出鉆頭相對(duì)于洞穴的距離、方位，據(jù)此調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，逐步引導(dǎo)兩井連通。
在國(guó)內(nèi)技術(shù)空白又缺乏國(guó)外資料的情況下，項(xiàng)目組攻克了重重難關(guān)。由于遠(yuǎn)距離穿針系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)大小約為地磁場(chǎng)的二十五萬(wàn)分之一，信號(hào)捕捉如同大海撈針，就連汽車行駛、空調(diào)振動(dòng)及電機(jī)開動(dòng)等日常活動(dòng)都會(huì)對(duì)信號(hào)檢測(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，因此信號(hào)測(cè)試要在極安靜的環(huán)境中進(jìn)行。項(xiàng)目組最終把試驗(yàn)場(chǎng)地定在十三陵水庫(kù)腳下的偏遠(yuǎn)空地上。每天清晨6點(diǎn)前開工，直至次日凌晨，連續(xù)奮戰(zhàn)數(shù)十天……近百次的試驗(yàn)后，終于摸索出一套動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)信號(hào)提取及去噪方法，攻破了信號(hào)采集和提取難題。
初步樣機(jī)制造出來后，因?yàn)闆]有礦井愿意停下生產(chǎn)試驗(yàn)不成熟的樣機(jī)，項(xiàng)目組不得不選擇土辦法——利用水井模擬試驗(yàn)。2010年夏天，項(xiàng)目組好不容易在河北廊坊的農(nóng)田找到符合試驗(yàn)要求的水井。三十八九攝氏度的高溫下，農(nóng)田密不透風(fēng)、悶熱難耐，試驗(yàn)人員的衣服被汗浸透，風(fēng)一吹，全是一圈圈的汗堿。
經(jīng)過3年研發(fā)，2011年，120毫米DRMTS－I煤層氣水平井遠(yuǎn)距離穿針裝備終于研制成功。
裝備實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)創(chuàng)新
DRMTS－I型遠(yuǎn)距離穿針裝備實(shí)現(xiàn)了諸多創(chuàng)新：優(yōu)化磁源發(fā)射裝置，強(qiáng)化了磁信號(hào)強(qiáng)度；研發(fā)出微弱磁場(chǎng)信號(hào)采集技術(shù)系統(tǒng)，弱磁場(chǎng)采集靈敏度甚至遠(yuǎn)高于軍工、航海等技術(shù)需求；遠(yuǎn)距離穿針軟件能準(zhǔn)確探測(cè)解釋磁場(chǎng)信號(hào)；具備近距離測(cè)量導(dǎo)向功能，1米距離時(shí)依然可以引導(dǎo)，而國(guó)外設(shè)備在小于3米范圍內(nèi)便失去引導(dǎo)功能；具備井斜偏差測(cè)量能力，可滿足非煤層中的幾何導(dǎo)向連通作業(yè)；中靶靶心距控制在50毫米內(nèi)，開創(chuàng)了兩井連通不再預(yù)造洞穴，而能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)準(zhǔn)確連通的先河。
鉆井工程技術(shù)研究院工程師喬磊說，過去依靠國(guó)外設(shè)備，打一口井成本要1500萬(wàn)至1600萬(wàn)元，利用自主研發(fā)的設(shè)備，單井成本降低三分之一，成本控制在1000萬(wàn)元以內(nèi)。
創(chuàng)新筑造卓越。目前該裝備已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)和實(shí)用新型專利2項(xiàng)；開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的遠(yuǎn)距離傳真軟件1套；發(fā)表學(xué)術(shù)文章5篇，制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。
據(jù)介紹，2011年至2012年，DRMTS－I型遠(yuǎn)距離穿針裝備先后進(jìn)行8井次穿針試驗(yàn)和技術(shù)服務(wù)，均一次性完成兩井連通任務(wù)。該產(chǎn)品已與國(guó)內(nèi)單位簽訂正式產(chǎn)品應(yīng)用合同，今年將有多套產(chǎn)品投放市場(chǎng)。我國(guó)煤層氣資源“揚(yáng)眉吐氣”之日可期！（文·安蓓）
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